双连续相TiCx/Ni基复合材料的制备及性能研究

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Ni基合金具有工作温度高、组织性能稳定、有害相少、抗氧化能力强等优点,TiCx具有高硬度、高熔点、耐磨损、润湿性好等优点。选择Ni基合金和TiCx,制备出兼具两者优点的复合材料,具有重要意义。本论文主要以Ti3AlC2为先驱体材料,通过多孔陶瓷先驱体无压浸渗工艺,制备双连续相TiCx/Ni基复合材料。研究了制备过程中的多孔陶瓷预制体制备技术、无压浸渗制备技术、复合材料的反应机理、组织结构和力学性能等问题。研究结果表明:(1)采用Ti粉、A1粉、Sn粉和TiC粉原位无压烧结法和NaCl水洗法成功获得开气孔率可调的多孔Ti3AlC2陶瓷骨架材料。在1380℃,保温15分钟条件下无压烧结法制备的显气孔率为54.3%±3%;NaCl水洗法制备的显气孔率为20%-50%可调。(2)复合材料体系的反应机理为高温下熔融的Ni基合金引发Ti3AlC2的分解,A1原子从Ti3AlC2中溶出,与Ni基合金进一步发生反应而生成Ni3 (Al, Sn, Cr3Ni2Si、CrB等物相,最终形成由TiCx构成的陶瓷骨架与Ni基合金构成的金属骨架相互交错的三维网络结构。(3)采用无压浸渗的方法能够制备致密度较高,尺寸较大的TiCx/Ni基复合材料。随着浸渗温度的提高,复合材料中烧结缩孔等缺陷增加,TiCx/Ni基复合材料的体积密度和致密度减小。当起始浸渗温度从1150℃提高到1250℃时,材料的体积密度从6.89g/cm3减小到6.75g/cm3,致密度从98.64%减小到96.64%。(4)TiCx/Ni基复合材料的弯曲强度和抗压强度随浸渗温度的提高而增大,样品强度测量数值分散性也随之增大。当浸渗工艺为1250℃,保温90分钟时,材料的弯曲强度和压缩强度最大,弯曲强度为930.6MPa±160.2MPa,抗压强度为2.85GPa±0.13GPa,屈服强度为1.87GPa±0.15GPa,断裂应变为11.69%±1.85%。(5)随着浸渗温度的提高,复合材料的断裂韧性Kic值分别为13.70±0.69MPa·m/2增加到16.86±1.26MPa·m1/2,显示出TiCx/Ni基复合材料具有较好的阻止裂纹扩展的能力。(6)TiCx/Ni基复合材料的维氏硬度随着试验载荷的增加呈下降趋势,但下降幅度减小,相应的标准差也减小。当载荷为300N时,在1250℃,保温90分钟条件下制备的材料硬度最大,为7.42GPa±0.16GPa。
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